数控设备应用技术与维护专业毕业论文(设计)——零件的加工方法与编程

数控设备应用技术与维护专业毕业论文(设计)——零件的加工方法与编程内容摘要：

它可完成 CNC、 PLC的内部数据通讯和外部高次网络的连接。 伺 服驱动系统主要包括伺服驱动装置和电机。 位置测量系统主要是采用长光栅或圆光栅的增量式位移编码器。 硬件结构 数控系统的硬件由数控装置、输入 /输出装置、驱动装置和机床电器逻辑控制装置等组成，这四部分之间通过 I/O 接口互连。 数控装置是数控系统的核心，其软件和硬件来控制各种数控功能的实现。 数控装置的硬件结构按 CNC 装置中的印制电路板的插接方式可以分为大板结构和功能模块（小板）结构；按 CNC 装置硬件的制造方式，可以分为专用型结构和个人计算机式结构；按 CNC 装置中微处理器的个数可以分为单微处理器结 构和多微处理器结构。 （ 1）大板结构和功能模板结构 1）大板结构 大板结构 CNC 系统的 CNC 装置由主电路板、位置控制板、 PC 板、图形控制板、附加 I/O 板和电源单元等组成。 主电路板是大印制电路版，其它电路板是小板，插在大印制电路板上的插槽内。 这种结构类似于微型计算机的结构。 2）功能模块结构 （ 2）单微处理器结构和多微处理器结构 17 1）单微处理器结构 单微处理器结构中，只有一个微处理器，以集中控制、分时处理数控装置的各个任务。 2）多微处理器结构 随着数控系统功能的增加、 数控机床 的加工速度的提高，单微处理器数控系统已不能满足要求，因此，许多数控系统采用了多微处理器的结构。 若在一个数控系统中有两个或两个以上的微处理器，每个微处理器通过数据总线或通信方式进行连接，共享系统的公用存储器与 I/O 接口，每个微处理器分担系统的一部分工作，这就是多微处理器系统。 软件结构 CNC 软件分为应用软件和系统软件。 CNC 系统软件是为实现 CNC 系统各项功能所编制的专用 软件，也叫控制软件，存放在计算机 EPROM 内存中。 各种 CNC 系统的功能设置和控制方案各不相同，它们的系统软件在结构上和规模上差别很大，但是一般都包括输入数据处理程序、插补运算程序、速度控制程序、管理程序和诊断程序。 （ 1）输入数据处理程序 它接收输入的零件加工程序，将标准代码表示的加工指令和数据进行译码、数据处理，并按规定的格式存放。 有的系统还要进行补偿计算，或为插补 运算和速度控制等进行预计算。 通常，输入数据处理程序包括输入、译码和数据处理三项内容。 （ 2）插补计算程序 CNC系统根据工件加工程序中提供的数据，如 曲线的 种类、起点、终点等进行运算。 根据运算结果，分别向各坐标轴发出进给 脉冲。 这个过程称为插补运算。 进给脉冲通过伺服系统驱动工作台或刀具作相应的运动，完成程序规定的加工任务。 CNC系统是一边插补进行运算，一边进行加工，是一种典型的实时控制方式，所以，插补运算的快慢直接影响机床的进给速度，因此应该尽可能地缩短运算时间，这是编制插补运算程序的关键。 (3)速度控制程序 18 速度控制程序根据给定的速度值控制插补运算的频率，以保预定的进给速度。 在速度变化较大时，需要进行自动加减速控制，以避免因速度突变而造成驱动系统失步。 (4)管理程序 管理程序负责对数据输入、数据处理、插补运算等为加工过程服务的各种程序进行调度管理。 管理程序还要对面板命令、时钟信号、故障信号等引起的中断进行处理。 (5)诊断程序 诊断程序的功能是在程序运行中及时发现系统的故障，并指出故障的类型。 也可以在运行前或故障发生后，检查系统各主要部件（ CPU、存储器、接 口、开关、伺服系统等）的功能是否正常，并指出发生故障的部位。 运动轨迹分类 （ 1）点位控制数控系统 控制工具相对工件从某一加工点移到另一个加工点之间的精确坐标位置 ,而对于点与点之间移动的轨迹不进行控制，且移动过程中不作任何加工。 这一类系统的设备有数控钻床、数控坐标镗床和数控冲床等。 （ 2）直线控制数控系统 不仅要控制点与点的精确位置，还要控制两点之间的工具移动轨迹是一条直线，且在移动中工具能以给定的进给速度进行加工，其辅助功能要求也比点位控制数控系统多，如它可能被要求具有主轴转数控制、进 给速度控制和刀具自动交换等功能。 此类控制方式的设备主要有简易数控车床、数控镗铣床等。 （ 3）轮廓控制数控系统 这类系统能够对两个或两个以上坐标方向进行严格控制，即不仅控制每个坐标的行程位置，同时还控制每个坐标的运动速度。 各坐标的运动按规定的比例关系相互配合，精确地协调起来连续进行加工，以形成所需要的直线、斜线或曲线、曲面。 采用此类控制方式的设备有数控车床、铣床、加工中 心 、电加工机床和 特种加工机床 等。 19 伺服系统分类 按照伺服系统的控制方式，可以把数控系统分为以下几类： （ 1）开环控制数控系统 这类数控系统不带检测装置，也无反馈电路，以步进电动机为驱动元件，如图 3 所示。 CNC装置输出的指令进给脉冲经驱动电路进行功率放大，转换为控制步进电动机各定子绕组依此通电／断电的电流脉冲信号，驱动步进电动机转动，再经机床传动机构 (齿轮箱， 丝杠等 )带动工作台移动。 这种方式控制简单，价格比较低廉，被广泛应用于经济型数控系统中。 （ 2）半闭环控制数控系统 位置检测元件被安装在电动机轴端或 丝杠 轴端，通过角位移的测量间接计算出机床工作台的实际运行位置 (直线位移 )，并将其与 CNC 装置计算出的指令位置 (或位移 )相比较，用差值进行控制，其控制框图如图 4 所示。 由于闭环的环路内不包括丝杠、螺母副及机床工作台这些大惯 性环节，由这些环节造成的误差不能由环路所矫正，其控制精度不如闭环控制数控系统，但其调试方便，可以获得比较稳定的控制特性，因此在实际应用中，这种方式被广泛采用。 （ 3）全闭环控制数控系统 位置检测装置安装在机床工作台上，用以检测机床工作台的实际运行位置 (直线位移 )，并将其与 CNC 装置计算出的指令位置 (或位移 )相比较，用差值进行控制。 这类控制方式的位置控制精度很高，但由于它将丝杠、螺母副及机床工作台这些大惯性环节放在闭环内，调试时，其系统稳定状态很难达到。 常见数控系统 数控机床配置的数控 系统不同，其功能和性能也有很大差异。 就目前应用来看， FANUC(日本 )、 SIEMENS(德国 )、 FAGOR(西班牙 )、 HEIDENHAIN(德国 )、MITSUBISHI(日本 )等公司的数控系统及相关产品 ， 在数控机床行业占据主导地位；我国数控产品以华中数控、航天数控为代表，也已将高性能数控系统产业化。 所用系统特点 （ 1 ）高效 要求数控系统有较高的工作速度，能迅速进行复杂信息、数据 20 的处理与计算，以适应数控加工高效要求。 （ 2 ）稳定性 数控系统应有稳定的工作过程，使数据处理、运算正确无误 ，从而保证数控加工正常而高精度。 （ 3 ）可靠性 数控系统的工作应有高的可靠性，使其长时期连续工作而不出现故障。 （ 4 ）开放性 数控系统应具有良好开放性，使其功能的修改、扩充、适应性，即功能的开发与升级能方便地实现。 统编程方法及指令 程序编制的方法有手工编程和自动编程两大类。 手工编程 手工编程编制工件加工程序的各个步骤，即从工件图样分析、工艺处理、确定加工路线和工艺参数，计算程序中所需的数据，编写加工程序清单直到程序的检验，均由人来完成。 手工编程在点位直线圆弧组成的轮廓加工中仍广 泛应用。 （ 1）确定工艺过程 根据零件图进行工艺分析，在此基础上选定加工机床、刀具和夹具，确定零件加工的工艺路线、工序及切削用量等工艺参数。 (2)数值计算 根据了零件图样上的尺寸、工艺要求等，选定一个工件坐标系，在工件坐标系内计算工件轮廓的坐标值，即基点和节点坐标。 (3)编制加工程序 根据制定的加工工艺方案，按照机床数控系统指令代码及程序格式的规定，编织加工程序。 （ 4） 输入到数控系统 把编制好的程序输入到数控系统，常用输入方法有：利用 DNC（数据传输）功能，将计算机上编制的加工程序通过传输软件和接口 传输到数控系统。 （ 5） 程序校验和试切削 所编制的加工程序经校验和试切削才能用于正式加工。 通常采用空运行的方法进行程序校验，但这只能校验程序格式是否正确及代码是否完整，不能校验轨 21 迹的正确性。 未检验加工轨迹是否正确，在有图形显示功能机床上，可利用仿真图形来检查轨迹的正确性。 自动编程 自动编程又称计数机辅助编程。 自动编程在自动编程系统上进行，它是由一台通用计数机配上打印机、自动穿孔和自动绘图机等组成，可以完成手工编程的大部分工作。 自动编程系统使用数控语音描述切削加工时的刀具和工件的相对运动轨迹和一些加工工 艺过程。 所编程序还可以通过屏幕显示进行模拟加工演示。 有错误时，可以在屏幕进行编辑、修改、直至程序停止为止。 （ 2）指令 G 代码和 M 代码 G 代码 代码 功能 代码 功能 G00 快速定位 G50 刀具偏置 0/ G01 直线插补 G51 刀具偏置 +/0 G02 顺圆插补 G52 刀具偏置 /0 G03 逆圆插补 G53 直线偏移注销 G04 暂停 G54 直线偏移 X G05 不指定 G55 直线偏移 Y G06 抛物线插补 G56 直线偏移 Z G07 不指定 G57 直线偏移 XY G08 加速 G58 直线偏移 XZ G09 减速 G59 直线偏移 YZ G10— G16 不指定 G60 准确定位（精） G17 XY 平面选择 G61 准确定位（中） G18 XZ 平面选择 G62 准确定位（粗） G19 YZ 平面选择 G63 攻丝 G20— G32 不指定 G64— G67 不指定 G33 螺纹切削，等螺距 G68 刀具偏置，内角 G34 螺纹切削，增螺距 G69 刀具偏置，外角 G35 螺纹切削，减螺距 G70— G79 不指定 G36— G39 不指定 G80 固定循环注销 22 G40 刀具取消补偿 G81— G89 固定循环 G41 刀具左补偿 G90 绝对尺寸 G42 刀具右补偿 G91 相对尺寸 G43 刀具偏置 — 左 G92 预置寄存 G44 刀具偏置 — 右 G93 进给率，时间倒数 G45 刀具偏置 +/+ G94 每分钟进给 G46 刀具偏置 +/ G95 每转进给 G47 刀具偏置 / G96 恒线速度 G48 刀具偏置 /+ G97 每分钟转数 G49 刀具偏置 0/+ G98— G99 不指定 M 代码 代码 功能 代码 功能 M00 程序停止 M36 进给范围 1 M01 计划结束 M37 进给范围 2 M02 程序结束 M38 主轴速度范围 1 M03 主轴顺时旋转 M39 主轴速度范围 2 M04 主轴逆时旋转 M40— M45 齿轮换档 M05 主轴停止 M46— M47 不指定 M06 换刀 M48 注销 M49 M07 2 号冷却液开 M49 进给率修正旁路 M08 1 号冷却液开 M50 3 号冷却液开 M09 冷却液关 M51 4 号冷却液开 M10 夹紧 M52— M54 不指定 M11 松开 M55 刀具直线位移，位置 1 M12 不指定 M56 刀具直线位移，位置 2 M13 主轴顺时，冷却液开 M57— M59 不指定 M14 主轴逆时，冷却液开 M60 更换工作 23 M15 正运动 M61 工件直线位移，位置 1 M16 负运动 M62 工件直线位移，位置 2 M17— M18 不指定 M63— M70 不指定 M19 主轴定向停止 M71 工件角度位移，位置 1 M20— M29 永不指定 M72 工件角度位移，位置 2 M30 纸带结束 M73— M89 不指定 M31 互锁旁路 M90— M99 永不指定 M32— M35 不指定 数控机床设备的简介 数控机床即使采用了数控技术的机床，或者说装备了数控系统的机床。 从应用来说，数控机床就是将加工过程所需的各种操作（如主轴变速、松加工件、进刀与退刀、开车与停车、选择刀具、供给切削液等）和步骤，以及刀具与工件之间的相对位移量都用数字化的代码来表示，通过控制介质将数字信息送入专用的或通用的计算机，计算机对输入的信息进行处理与运算，发出各种指令来控制机床的伺服系统或其他执行元件，是机床自动加工出所需要的零件 . 数控机床是一种综合应用了计算机技术、自动控制技术、自动检测技术和精密机 械设计和制造等先进技术的高新技术的产物，是技术密集度及自动化程度都很高的、生产效率高、产品质量稳定自动化程度极高的特点，而且它还可以完成普通机床难以完成或根本不能加工的复杂曲面的零件加工，因而数控机床在机械制造业中的地位显得愈来愈为重要。 我们甚至可以这样说：在机械制造业中，数控机床的档次和拥有量，是反映一个企业制造能力的重要标志。 但是，我们。